基于BIM+VR技術(shù)在管線碰撞中的研究與應(yīng)用

李園民 韋芳 夏強(qiáng)強(qiáng)

摘 要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，信息化、智能化的需要，我國的建筑業(yè)呈現(xiàn)出全球化、可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，BIM技術(shù)也成為建筑業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要新技術(shù)。同時(shí)VR技術(shù)在我國的興起，在建筑行業(yè)中能夠更加直觀詳細(xì)地反映出建筑的基本情況。本文將以湖山小學(xué)為案例，來探究BIM技術(shù)與VR技術(shù)的結(jié)合在管線碰撞中的研究與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);VR技術(shù);可視化管線碰撞

1 技術(shù)概述

1.1 BIM技術(shù)的概述

BIM——建筑信息模型（Building Information Modeling），將建筑工程中相關(guān)信息作為基礎(chǔ)，通過建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，提供與實(shí)際情況一致的建筑工程信息。它具有可視化、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)。

1.2 VR技術(shù)的概述

VR——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality），又稱靈境技術(shù)，是20世紀(jì)所發(fā)展起來的一項(xiàng)新興技術(shù)。VR技術(shù)集計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，通過模擬虛擬環(huán)境，給人一種結(jié)合視覺，聽覺、嗅覺、味覺等感官能力于一體的沉浸式環(huán)境體驗(yàn)。

1.3 BIM技術(shù)+VR技術(shù)

BIM技術(shù)雖然具備可視化的特征，但它表達(dá)不足，僅適用于專業(yè)人員讀圖與模型，無法適用于非專業(yè)人員。而BIM+VR技術(shù)是將建筑信息模型與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相互協(xié)作，可以創(chuàng)造一個(gè)直觀具體的仿真展出環(huán)境，可以幫助業(yè)主更加直觀、具體的觀察和瀏覽建筑中的任何一個(gè)空間。BIM技術(shù)結(jié)合VR技術(shù)可以彌補(bǔ)彼此之間的不足，通過BIM平臺(tái)向VR平臺(tái)提供構(gòu)建物的信息、數(shù)據(jù)以及模型，再通過VR平臺(tái)創(chuàng)造相應(yīng)的虛擬環(huán)境，體驗(yàn)者直接通過虛擬環(huán)境來尋找建筑物的錯(cuò)誤及不足，及時(shí)的反饋給設(shè)計(jì)師，然后再通過對(duì)圖紙進(jìn)一步完善，大大地提高了施工過程的效率。

2 BIM技術(shù)所存在的局限性

2.1 可視化程度不夠高

BIM所具備的可視化，仍存在著一定的缺點(diǎn)。當(dāng)建筑設(shè)計(jì)完成后，它的三維模型無法通過多方位、多路線去展示，存在著展示路徑固定的問題，容易造成建筑設(shè)計(jì)時(shí)信息的缺失，從而導(dǎo)致實(shí)際建筑與設(shè)計(jì)建筑存在著一定的誤差。

2.2 施工與設(shè)計(jì)不能協(xié)同

在設(shè)計(jì)的工程中往往只有設(shè)計(jì)師參與，建設(shè)單位，用戶及施工單位無法將自己的意見和想法融入設(shè)計(jì)當(dāng)中，并且在施工工程中出現(xiàn)問題，各單位、各部門間無法及時(shí)進(jìn)行交流，信息不能相互及時(shí)的反饋，極大程度地拖延了施工進(jìn)度，甚至有可能由于信息傳遞的不及時(shí)，導(dǎo)致建筑出現(xiàn)偏差，從而造成安全事故的發(fā)生。

3 BIM技術(shù)+VR技術(shù)在管道安裝方面的創(chuàng)新應(yīng)用

建筑業(yè)BIM技術(shù)的發(fā)展，通過三維數(shù)字技術(shù)模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，為工程設(shè)計(jì)和施工提供相互協(xié)調(diào)、內(nèi)部一致的信息模型，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)施工的一體化，降低了工程生產(chǎn)成本。在管線安裝中，通過把BIM技術(shù)與VR技術(shù)結(jié)合，在管線碰撞的可見性方面進(jìn)行創(chuàng)新，讓管線碰撞問題更加直觀具體地展現(xiàn)出來，提高了施工效率，節(jié)省了資源和成本。

3.1 工程概況

該項(xiàng)目位于常熟市，總投資15989.20萬元，其中環(huán)保投資1000萬元，占地面積24591平方米，總建筑面積25249.2平方米，地上建筑面積19899.2平方米，地下建筑面積5350平方米，最大建筑高度24米，主體為框架結(jié)構(gòu)，屬于文化體育、行政辦公、公用建筑。本工程建筑主體包括綜合樓以及教學(xué)樓ABC，綜合樓設(shè)有地下1層車庫以及地上5層，教學(xué)樓ABC均為地上4層。

3.2 BIM技術(shù)建模

3.2.1 revit土建模型的建立

首先以湖山小學(xué)工程為基礎(chǔ)，運(yùn)用BIM建模軟件——revit，完成設(shè)計(jì)階段的土建模型建立，其主要包括結(jié)構(gòu)建模和建筑建模。其中結(jié)構(gòu)建模是指對(duì)梁，板，柱圖元的建立，而建筑建模是對(duì)墻體、門窗、樓梯等部分模型的建立。本工程建造周期較長，前期無法進(jìn)行場(chǎng)地布置，故在前期創(chuàng)建了一個(gè)總的體量模型，導(dǎo)入三維場(chǎng)布，然后在后期Revit土建模型創(chuàng)建完成后進(jìn)行更換。

3.2.2 GQI管道模型的建立

根據(jù)湖山小學(xué)電氣、暖通及水圖、采用廣聯(lián)達(dá)安裝計(jì)量GQI軟件進(jìn)行給排水、暖通、電氣及消防模型的建立。

3.2.3 土建與機(jī)電模型整合及可視化的設(shè)計(jì)

通過BIM5D將建立的土建模型與機(jī)電模型進(jìn)行整合，完成湖山小學(xué)模型的建立，再通過lumion軟件進(jìn)行模型及其場(chǎng)地的渲染，導(dǎo)出動(dòng)畫;將動(dòng)畫導(dǎo)入VR引擎，與VR引擎對(duì)接，連接專用設(shè)備，完成VR場(chǎng)景的建立。

3.2.4 VR可視化在管道碰撞中的使用

通過使用者佩戴VR頭盔，進(jìn)入已經(jīng)完成好的VR場(chǎng)景中，觀察湖山小學(xué)各處的管道安裝情況，通過使用者在VR場(chǎng)景中的不斷穿梭和觀察，找出VR場(chǎng)景中各管道間的碰撞點(diǎn)及設(shè)計(jì)不合理之處，通過視覺共享功能，將所觀察的信息投放在VR體驗(yàn)區(qū)的大屏幕上，更加直觀地將錯(cuò)誤之處展現(xiàn)出來，方便設(shè)計(jì)人員能夠及時(shí)修改和更正。并且添加信息顯示功能，大型建筑樓層房間眾多，管道復(fù)雜多樣，我們通過信息面板顯示功能，通過觸碰想了解的管道，信息面板會(huì)自動(dòng)彈出并且記錄該管道所處樓層，房間及其類型的信息，能夠充分減少記錄和判斷的麻煩，極大程度地提高了施工效率。

3.2.5 VR可視化在管道碰撞中使用的優(yōu)勢(shì)

（1）能夠直觀具體的展現(xiàn)出三維場(chǎng)景，不在需要設(shè)計(jì)人員思考或固定角度觀察錯(cuò)誤。

（2）極大程度上縮短了尋找錯(cuò)誤的時(shí)間，大大提高了工作效率。

（3）提供了實(shí)際的場(chǎng)景，讓施工和設(shè)計(jì)間的信息能夠及時(shí)互通交匯，讓設(shè)計(jì)人員或施工人員按照實(shí)際情況更改，節(jié)約了資源，避免了材料的浪費(fèi)。

4 BIM+VR技術(shù)的應(yīng)用情況

4.1 國內(nèi)使用情況

我國越來越多的企業(yè)開始使用BIM技術(shù)，同時(shí)隨著5G時(shí)代的到來，更方便快捷的數(shù)據(jù)傳輸，也為VR技術(shù)的發(fā)展提供了巨大的推進(jìn)力。在中國這個(gè)巨大的建筑市場(chǎng)上，目前使用BIM+VR技術(shù)的項(xiàng)目卻只有很少一部分，而BIM+VR技術(shù)應(yīng)用到管道施工或機(jī)電安裝方面的更是微乎其微。我國大部分使用BIM+VR技術(shù)主要是在建筑施工安全教育方面，還有地鐵施工管理方面。

4.1.1 BIM+VR技術(shù)在施工展示方面的應(yīng)用

其中中國聯(lián)通海南智慧大廈項(xiàng)目就采用了BIM+VR技術(shù)，充分地利用BIM+VR技術(shù)的可視化效果，極大程度完善了施工全過程及建筑完工的輕量化展示，并且可通過PC端或手機(jī)端操作，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的色彩搭配及周邊環(huán)境的可視化模擬。

4.1.2 BIM+VR技術(shù)在施工安全教育上的應(yīng)用

在通過查證及調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)正在使用BIM+VR技術(shù)的企業(yè)，都會(huì)在工人的施工安全教育上進(jìn)行應(yīng)用。通過BIM+VR技術(shù)將實(shí)際的施工場(chǎng)地轉(zhuǎn)化成一個(gè)虛擬環(huán)境，讓施工人員親身體驗(yàn)安全生產(chǎn)六大事故，從而能夠讓他們清楚認(rèn)識(shí)到自身的不規(guī)范操作，從而避免安全事故的發(fā)生，提高施工人員的安全意識(shí)，極大程度地提高了安全教育的作用。

4.2 國外使用情況

國外VR技術(shù)的使用較為廣泛，著名信息技術(shù)和服務(wù)公司ARC Document Solutions一項(xiàng)研究指出，VR將是建筑行業(yè)最強(qiáng)大的新興技術(shù)之一。65.3%的建筑、工程和施工管理專業(yè)人士表示，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序使得客戶更容易可視化建筑設(shè)計(jì)，大大地降低成本預(yù)算，減少工人數(shù)量。

4.2.1 BIM+VR技術(shù)在焊接培訓(xùn)的應(yīng)用

焊接是所有施工類型中必不可少的元素，因?yàn)樵O(shè)備存在的危險(xiǎn)性及上手難度較高，焊接的培訓(xùn)教學(xué)存在著一定的困難。而林肯電氣就根據(jù)BIM+VR技術(shù)設(shè)計(jì)出了VRTEX360焊接培訓(xùn)系統(tǒng)，通過實(shí)際的施工環(huán)境模擬來幫助培訓(xùn)生在真實(shí)的施工環(huán)境前，使用虛擬系統(tǒng)體驗(yàn)今后的工作環(huán)境并學(xué)習(xí)如何在該環(huán)境下工作。

4.2.2 BIM+VR技術(shù)在項(xiàng)目可視化中的應(yīng)用

業(yè)主不是專業(yè)人員，不能完全理解圖紙及模型信息，一直以來都是建筑行業(yè)所困擾的問題，而美國最大的私營建筑公司之一麥卡錫建筑公司自2010年起就開始研究，希望能夠改善這一問題。他們已經(jīng)研發(fā)使用Oculus VR來向客戶形象具體地展現(xiàn)出圖紙中的信息，讓他們能夠身臨其境地體驗(yàn)他們今后的辦公室或工作空間。

4.2.3 BIM+VR技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

莫坦森建設(shè)作為美國最大的私營建筑公司之一，在建筑項(xiàng)目上，它也設(shè)計(jì)了一款屬于自己的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件。該公司建設(shè)或改造復(fù)雜的醫(yī)療或工業(yè)項(xiàng)目時(shí)，通過HTC Vive進(jìn)行計(jì)劃和管理，通過VR先展示項(xiàng)目布局，然后根據(jù)體驗(yàn)者意見進(jìn)行設(shè)計(jì)修改變更，確保建筑設(shè)計(jì)更滿足使用者的體驗(yàn)。

5 結(jié)語

BIM與VR的結(jié)合充分體現(xiàn)了BIM信息數(shù)據(jù)集成、VR可視化交互展示。在未來，BIM+VR一定會(huì)引領(lǐng)著建筑行業(yè)進(jìn)行一場(chǎng)新興革命，將會(huì)推動(dòng)著建筑業(yè)的發(fā)展與繁榮。BIM模型VR技術(shù)的結(jié)合，讓設(shè)計(jì)不再變得枯燥，BIM模型不再變得遙不可及，能更加充分地發(fā)揮出可視化的功能。本文以湖山小學(xué)項(xiàng)目為例，僅在機(jī)電安裝方面，通過應(yīng)用BIM+VR技術(shù)進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)BIM+VR技術(shù)在綜合管道碰撞問題中，能夠及時(shí)的幫助設(shè)計(jì)師或施工單位發(fā)現(xiàn)管道碰撞點(diǎn)，及時(shí)修改，能夠大幅度減少時(shí)間成本。在設(shè)計(jì)階段，能夠通過VR場(chǎng)景，讓現(xiàn)在的用戶體驗(yàn)未來的建筑，能夠通過用戶體驗(yàn)收集信息，幫助設(shè)計(jì)更符合用戶體驗(yàn)的設(shè)計(jì)。在施工階段，通過在場(chǎng)景中模擬施工過程，體驗(yàn)施工過程，能夠增添施工經(jīng)驗(yàn)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程所存在的問題，避免不必要的事故發(fā)生。BIM+VR技術(shù)將會(huì)是建筑行業(yè)的主流，它將在與建筑相關(guān)的領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大的作用，未來設(shè)計(jì)的過程將會(huì)有越來越多的參與者，同時(shí)建筑施工的過程逐漸變得簡單及可預(yù)見。

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作者簡介：李園民（2000— ），男，漢族，江西德安人，常熟理工學(xué)院本科工程管理在讀學(xué)生。

*通訊作者：韋芳（1979— ），女，漢族，江蘇常熟人，華東理工大學(xué)碩士，常熟理工學(xué)院管理學(xué)院講師、工程師，主要從事建設(shè)項(xiàng)目管理、工程造價(jià)研究。